Napomena urednika: Pharmaceutical Online sa zadovoljstvom predstavlja ovaj četverodijelni članak o orbitalnom zavarivanju bioprocesnih cjevovoda stručnjakinje za industriju Barbare Henon iz Arc Machines. Ovaj je članak prilagođen iz prezentacije dr. Henona na ASME konferenciji krajem prošle godine.
Spriječite gubitak otpornosti na koroziju. Voda visoke čistoće kao što je DI ili WFI vrlo je agresivno sredstvo za jetkanje nehrđajućeg čelika. Dodatno, WFI farmaceutske kvalitete se ciklički obrađuje na visokoj temperaturi (80°C) kako bi se održala sterilnost. Postoji suptilna razlika između snižavanja temperature dovoljno da podrži žive organizme koji su smrtonosni za proizvod i podizanja temperature dovoljno da pospješuje proizvodnju "crvenila". Rouge je smeđi film različitog sastava. uzrokovane korozijom komponenti sustava cjevovoda od nehrđajućeg čelika. Prljavština i željezni oksidi mogu biti glavne komponente, ali mogu biti prisutni i različiti oblici željeza, kroma i nikla. Prisutnost rumenila je smrtonosna za neke proizvode i njezina prisutnost može dovesti do daljnje korozije, iako se čini da je njezina prisutnost u drugim sustavima prilično benigna.
Zavarivanje može nepovoljno utjecati na otpornost na koroziju. Vruća boja rezultat je oksidirajućeg materijala taloženog na zavarenim spojevima i HAZ-ovima tijekom zavarivanja, posebno je štetna i povezana je s stvaranjem rumenila u farmaceutskim vodenim sustavima. Stvaranje kromovog oksida može uzrokovati vruću nijansu, ostavljajući za sobom sloj bez kroma koji je osjetljiv na koroziju. Vruća boja može se ukloniti dekapiranjem i mljevenjem, uklanjajući metal iz površinu, uključujući sloj osiromašen kromom koji se nalazi ispod nje, i obnavljanje otpornosti na koroziju na razine bliske razinama osnovnog metala. Međutim, dekapiranje i brušenje štetni su za završnu obradu površine. Pasivacija sustava cjevovoda dušičnom kiselinom ili formulacijama kelirajućeg sredstva radi se kako bi se prevladali štetni učinci zavarivanja i izrade prije nego se sustav cjevovoda pusti u rad. Analiza pužnih elektrona pokazala je da pasivizacija kelacijom može obnoviti površinske promjene u distribuciji kisika, kroma, željeza, nikla i mangana koji su se pojavili u zavarivanju i zoni pod utjecajem topline do stanja prije zavarivanja. Međutim, pasivizacija utječe samo na vanjski površinski sloj i ne prodire ispod 50 angstrema, dok se toplinska obojenost može proširiti 1000 angstrema ili više ispod površine.
Stoga, kako bi se sustavi cjevovoda otpornih na koroziju ugradili blizu nezavarenih podloga, važno je pokušati ograničiti oštećenja izazvana zavarivanjem i proizvodnjom na razine koje se mogu znatno nadoknaditi pasivizacijom. To zahtijeva upotrebu plina za pročišćavanje s minimalnim sadržajem kisika i isporuku do unutarnjeg promjera zavarenog spoja bez kontaminacije atmosferskim kisikom ili vlagom. Točna kontrola unosa topline i izbjegavanje pregrijavanja tijekom zavarivanje je također važno za sprječavanje gubitka otpornosti na koroziju. Kontrola proizvodnog procesa kako bi se postigli ponovljivi i dosljedni visokokvalitetni varovi, kao i pažljivo rukovanje cijevima i komponentama od nehrđajućeg čelika tijekom proizvodnje kako bi se spriječila kontaminacija, ključni su zahtjevi za visokokvalitetni sustav cjevovoda koji je otporan na koroziju i pruža dugoročnu produktivnu uslugu.
Materijali korišteni u sustavima cjevovoda od biofarmaceutskog nehrđajućeg čelika visoke čistoće prošli su evoluciju prema poboljšanoj otpornosti na koroziju tijekom prošlog desetljeća. Većina nehrđajućeg čelika koji se koristio prije 1980. bio je nehrđajući čelik 304 jer je bio relativno jeftin i bio je poboljšanje u odnosu na bakar koji se ranije koristio. Zapravo, nehrđajući čelici serije 300 relativno su laki za strojnu obradu, mogu se zavarivati ​​topljenjem bez nepotrebnog gubitka njihove korozije otpornost i ne zahtijevaju posebne predgrijane i naknadne toplinske obrade.
Nedavno je uporaba nehrđajućeg čelika 316 u primjenama cjevovoda visoke čistoće u porastu. Tip 316 sličan je sastavu tipu 304, ali uz elemente legure kroma i nikla koji su zajednički za oba, 316 sadrži oko 2% molibdena, što značajno poboljšava otpornost 316 na koroziju. Tipovi 304L i 316L, koji se nazivaju "L" razredi, imaju niži sadržaj ugljika od standardnih kvaliteta (0,035% naspram 0,08%). Ovo smanjenje udjela ugljika ima za cilj smanjiti količinu taloženja karbida koje se može pojaviti uslijed zavarivanja. To je stvaranje krom karbida, koji smanjuje granice zrna osnovnog metala kroma, čineći ga osjetljivim na koroziju. Stvaranje krom karbida, nazvano "senzibilizacija", ovisi o vremenu i temperaturi i veći je problem pri ručnom lemljenju. Pokazali smo da orbitalno zavarivanje super-austenitnog nehrđajućeg čelika AL-6XN daje zavare otpornije na koroziju od sličnih zavara napravljenih ručno. To je zato što orbitalno zavarivanje pruža preciznu kontrolu amperaže, pulsiranja i vremena, što rezultira nižim i ujednačenijim unosom topline od ručnog zavarivanja. Orbitalno zavarivanje u kombinaciji s virtualnim "L" stupnjevima 304 i 316 potpuno eliminira taloženje karbida kao faktor u razvoju korozije u sustavima cjevovoda.
Varijacija nehrđajućeg čelika od topline do topline. Iako se parametri zavarivanja i drugi čimbenici mogu držati unutar prilično uskih tolerancija, još uvijek postoje razlike u unosu topline potrebnom za zavarivanje nehrđajućeg čelika od topline do topline. Toplinski broj je broj serije dodijeljen određenoj talini nehrđajućeg čelika u tvornici. Točan kemijski sastav svake serije bilježi se u Izvješću o tvorničkom ispitivanju (MTR) zajedno s identifikacijom serije ili toplinskim brojem. .Čisto željezo se tali na 1538°C (2800°F), dok se legirani metali tope unutar raspona temperatura, ovisno o vrsti i koncentraciji svake legure ili prisutnog elementa u tragovima. Budući da ne postoje dva zagrijavanja nehrđajućeg čelika koja će sadržavati potpuno istu koncentraciju svakog elementa, karakteristike zavarivanja će se razlikovati od peći do peći.
SEM orbitalnih zavara cijevi 316L na AOD cijevi (gore) i EBR materijalu (dolje) pokazao je značajnu razliku u glatkoći zavara.
Dok jedan postupak zavarivanja može funkcionirati za većinu toplina sa sličnim OD-om i debljinom stijenke, neke topline zahtijevaju manju amperažu, a neke veću amperažu od uobičajene. Iz tog razloga zagrijavanje različitih materijala na gradilištu mora se pažljivo pratiti kako bi se izbjegli potencijalni problemi. Često, novo zagrijavanje zahtijeva samo malu promjenu jakosti struje kako bi se postigao zadovoljavajući postupak zavarivanja.
Problem sa sumporom. Elementarni sumpor je nečistoća povezana sa željeznom rudačom koja se u velikoj mjeri uklanja tijekom procesa proizvodnje čelika. Nehrđajući čelici AISI tipa 304 i 316 specificirani su s maksimalnim sadržajem sumpora od 0,030%. S razvojem modernih procesa rafiniranja čelika, kao što je dekarburizacija s kisikom argonom (AOD) i prakse dvostrukog vakuumskog taljenja kao što je vakuumsko indukcijsko taljenje nakon čega slijedi Pretaljivanjem pod vakuumskim lukom (VIM+VAR), postalo je moguće proizvesti čelike koji su vrlo posebni na sljedeće načine. njihov kemijski sastav. Primjećeno je da se svojstva zavarene kupke mijenjaju kada je sadržaj sumpora u čeliku ispod oko 0,008%. To je zbog učinka sumpora i u manjoj mjeri drugih elemenata na temperaturni koeficijent površinske napetosti zavarene kupke, koji određuje karakteristike protoka tekuće kupke.
Pri vrlo niskim koncentracijama sumpora (0,001% – 0,003%), prodiranje zavarene lopatice postaje vrlo široko u usporedbi sa sličnim zavarima napravljenim na materijalima sa srednjim sadržajem sumpora. Zavari napravljeni na cijevima od nehrđajućeg čelika s niskim sadržajem sumpora imat će šire zavare, dok će na cijevima s debljim zidom (0,065 inča ili 1,66 mm ili više) postojati veća tendencija stvaranja zavara Zavarivanje udubljenjem. struja zavarivanja dovoljna je za stvaranje potpuno probijenog zavara. Zbog toga je teže zavarivati ​​materijale s vrlo niskim udjelom sumpora, osobito s debljim stijenkama. Na višoj granici koncentracije sumpora u nehrđajućem čeliku 304 ili 316, zavareni sloj izgleda manje fluidan i grublji od materijala sa srednjim sadržajem sumpora. Stoga bi za zavarljivost idealan sadržaj sumpora bio u rasponu od približno 0,005% do 0. 017%, kako je navedeno u ASTM A270 S2 za cijevi farmaceutske kvalitete.
Proizvođači cijevi od elektropoliranog nehrđajućeg čelika primijetili su da čak i umjerene razine sumpora u nehrđajućem čeliku 316 ili 316L otežavaju zadovoljenje potreba njihovih poluvodičkih i biofarmaceutskih kupaca za glatkim unutarnjim površinama bez rupa. Upotreba skenirajuće elektronske mikroskopije za provjeru glatkoće završne površine cijevi sve je češća. Pokazalo se da sumpor u osnovnim metalima tvori nemetalne inkluzije ili "žice" mangan sulfida (MnS) koje se uklanjaju tijekom elektropoliranja i ostavljaju praznine u rasponu od 0,25-1,0 mikrona.
Proizvođači i dobavljači elektropoliranih cijevi pokreću tržište prema upotrebi materijala s ultra niskim udjelom sumpora kako bi zadovoljili svoje zahtjeve završne obrade površine. Međutim, problem nije ograničen na elektropolirane cijevi, budući da se u neelektropoliranim cijevima uključci uklanjaju tijekom pasivizacije sustava cjevovoda. Pokazalo se da su šupljine sklonije udubljenju nego glatke površine. Dakle, postoje neki valjani razlozi za trend prema "čišćim" materijalima s niskim udjelom sumpora. .
Progib luka. Osim poboljšanja zavarljivosti nehrđajućeg čelika, prisutnost nešto sumpora također poboljšava obradivost. Kao rezultat toga, proizvođači imaju tendenciju odabira materijala na višoj granici navedenog raspona sadržaja sumpora. Zavarivanje cijevi s vrlo niskim koncentracijama sumpora na priključke, ventile ili druge cijevi s višim sadržajem sumpora može stvoriti probleme pri zavarivanju jer će luk biti usmjeren prema cijevima s niskim sadržajem sumpora. .Kada dođe do otklona luka, prodiranje postaje dublje na strani s niskim sadržajem sumpora nego na strani s visokim sadržajem sumpora, što je suprotno od onoga što se događa kod zavarivanja cijevi s odgovarajućim koncentracijama sumpora. U ekstremnim slučajevima, zavareni spoj može potpuno probiti materijal s niskim sadržajem sumpora i ostaviti unutrašnjost zavara potpuno nestopljenom (Fihey i Simeneau, 1982). Kako bi se uskladio sadržaj sumpora u spojevima na sadržaj sumpora u cijevima, Carpenter Steel Division Car-penter Technology Corporation iz Pennsylvanije uveo je materijal s niskim sadržajem sumpora (maksimalno 0,005%) od 316 bara (Tip 316L-SCQ) (VIM+VAR)) za proizvodnju fitinga i drugih komponenti namijenjenih zavarivanju na cijevi s niskim sadržajem sumpora. Zavarivanje dva materijala s vrlo niskim sadržajem sumpora jedan na drugi puno je lakše nego zavarivanje materijala s vrlo niskim sadržajem sumpora sumporni materijal u onaj s višim sadržajem sumpora.
Prelazak na upotrebu cijevi s niskim sadržajem sumpora u velikoj je mjeri posljedica potrebe za dobivanjem glatkih elektropoliranih unutarnjih površina cijevi. Dok su završna obrada površine i elektropoliranje važni i za industriju poluvodiča i za biotehnološku/farmaceutsku industriju, SEMI je, prilikom pisanja specifikacije za industriju poluvodiča, precizirao da cijevi od 316L za vodove procesnog plina moraju imati 0,004% sumpora za optimalnu izvedbu Površinski krajevi. ASTM, s druge strane, izmijenili su svoju specifikaciju ASTM 270 kako bi uključili cijevi farmaceutske kvalitete koje ograničavaju sadržaj sumpora na raspon od 0,005 do 0,017%. To bi trebalo rezultirati manjim poteškoćama pri zavarivanju u usporedbi s nižim rasponom sumpora. Međutim, treba napomenuti da čak i unutar ovog ograničenog raspona može doći do defleksije luka prilikom zavarivanja cijevi s niskim sadržajem sumpora na cijevi ili spojnice s visokim sadržajem sumpora i instaliranja ers treba pažljivo pratiti zagrijavanje materijala i prije izrade provjeriti kompatibilnost lemljenja između zagrijavanja.Izrada zavara.
drugi elementi u tragovima. Utvrđeno je da elementi u tragovima, uključujući sumpor, kisik, aluminij, silicij i mangan, utječu na penetraciju. Količine aluminija, silicija, kalcija, titana i kroma u tragovima prisutne u osnovnom metalu kao oksidne inkluzije povezane su sa stvaranjem troske tijekom zavarivanja.
Učinci različitih elemenata su kumulativni, tako da prisutnost kisika može neutralizirati neke od učinaka niskog sadržaja sumpora. Visoke razine aluminija mogu poništiti pozitivan učinak na prodiranje sumpora. Mangan isparava na temperaturi zavarivanja i taloži se u zoni zahvaćenoj toplinom zavarivanja. Ove naslage mangana povezane su s gubitkom otpornosti na koroziju. (Vidi Cohen, 1997.). Industrija poluvodiča trenutno eksperimentira s materijali s niskim sadržajem mangana, pa čak i materijali s ultra-niskim sadržajem mangana 316L kako bi se spriječio gubitak otpornosti na koroziju.
Stvaranje troske. Otoci troske povremeno se pojavljuju na zrnu od nehrđajućeg čelika tijekom nekih zagrijavanja. To je inherentno pitanje materijala, ali ponekad ga promjene u parametrima zavarivanja mogu svesti na najmanju moguću mjeru ili promjene u mješavini argona i vodika mogu poboljšati zavar. Pollard je otkrio da omjer aluminija i silicija u osnovnom metalu utječe na stvaranje troske. Kako bi se spriječilo stvaranje neželjene troske u obliku plaka, preporučuje održavanje sadržaja aluminija na 0 0,010% i sadržaj silicija na 0,5%. Međutim, kada je omjer Al/Si iznad te razine, može se formirati sferična troska umjesto plaka. Ova vrsta troske može ostaviti rupe nakon elektropoliranja, što je neprihvatljivo za primjene visoke čistoće. Otoci troske koji se stvaraju na OD zavara mogu uzrokovati neravnomjerno prodiranje unutarnjeg prolaza i mogu rezultirati nedovoljnim prodiranjem. Otoci troske koji oblik na ID zavarivanju može biti osjetljiv na koroziju.
Pojedinačno zavarivanje s pulsiranjem. Standardno automatsko orbitalno zavarivanje cijevi je zavarivanje u jednom prolazu s pulsirajućom strujom i kontinuiranom konstantnom brzinom rotacije. Ova tehnika je prikladna za cijevi s vanjskim promjerom od 1/8" do približno 7" i debljinom stijenke od 0,083" i nižom. Nakon vremenski određenog predpročišćavanja dolazi do stvaranja luka. Prodiranje stijenke cijevi postiže se tijekom vremenskog odgode u kojem ar cing je prisutan, ali nema rotacije. Nakon ove rotacijske odgode, elektroda se okreće oko zavarenog spoja dok se zavar ne spoji ili preklopi s početnim dijelom zavara tijekom posljednjeg sloja zavarivanja. Kada je veza dovršena, struja se sužava u vremenskom padu.
Koračni način zavarivanja ("sinkronizirano" zavarivanje). Za zavarivanje taljenjem materijala debljih stijenki, obično većih od 0,083 inča, izvor napajanja za zavarivanje taljenjem može se koristiti u sinkronom ili stepenastom načinu rada. U sinkronom ili stepenastom načinu rada, impuls struje zavarivanja sinkroniziran je s hodom, tako da je rotor nepomičan za maksimalno prodiranje tijekom impulsa visoke struje i kreće se tijekom impulsa niske struje. Sinkrone tehnike koriste dulji puls puta, reda veličine od 0,5 do 1,5 sekunde, u usporedbi s desetinkom ili stotinkom sekunde pulsnog vremena za konvencionalno zavarivanje. Ova tehnika može učinkovito zavariti 0,154" ili 6" debelu 40 kalibar 40 tankostjednu cijev s debljinom stijenke od 0,154" ili 6". Stepenasta tehnika proizvodi širi zavar, što je čini tolerantnom na greške i korisnom za zavarivanje običnih dijelova kao što su spojevi cijevi s cijevima gdje mogu postojati razlike u dimenzijskim tolerancijama, određena neusklađenost ili toplinska nekompatibilnost materijala. Ova vrsta zavarivanja zahtijeva približno dvostruko duže vrijeme luka od konvencionalnog zavarivanja i manje je prikladna za primjene ultra-visoke čistoće (UHP) zbog šireg, grubljeg šava.
Programabilne varijable. Trenutna generacija izvora energije za zavarivanje temeljena je na mikroprocesorima i pohranjuje programe koji specificiraju numeričke vrijednosti za parametre zavarivanja za određeni promjer (OD) i debljinu stijenke cijevi koju treba zavariti, uključujući vrijeme pročišćavanja, struju zavarivanja, brzinu putovanja (RPM), broj slojeva i vrijeme po sloju, vrijeme pulsa, vrijeme nizbrdice, itd. Za zavarivanje orbitalnih cijevi s dodanom žicom za punjenje, programski parametri će uključivati ​​brzina dodavanja žice, amplituda oscilacije plamenika i vrijeme zadržavanja, AVC (kontrola napona luka za osiguravanje stalnog razmaka luka) i nagib. Za izvođenje zavarivanja taljenjem, postavite glavu za zavarivanje s odgovarajućom elektrodom i umetcima za stezaljke cijevi na cijev i pozovite raspored ili program zavarivanja iz memorije izvora napajanja. Redoslijed zavarivanja pokreće se pritiskom na tipku ili tipku na membranskoj ploči i zavarivanje se nastavlja bez intervencije operatera.
Neprogramabilne varijable. Kako bi se postigla konstantno dobra kvaliteta zavarivanja, parametri zavarivanja moraju se pažljivo kontrolirati. To se postiže preciznošću izvora energije za zavarivanje i programa zavarivanja, koji je skup uputa unesenih u izvor energije, koji se sastoji od parametara zavarivanja, za zavarivanje određene veličine cijevi. Također mora postojati učinkovit skup standarda za zavarivanje, specificirajući kriterije prihvatljivosti zavarivanja i neke dobre inspekciju i sustav kontrole kvalitete kako bi se osiguralo da zavarivanje zadovoljava dogovorene standarde. Međutim, određeni čimbenici i postupci osim parametara zavarivanja moraju se pažljivo kontrolirati. Ti čimbenici uključuju upotrebu dobre opreme za pripremu kraja, dobre prakse čišćenja i rukovanja, dobre tolerancije dimenzija cijevi ili drugih dijelova koji se zavaruju, dosljednu vrstu i veličinu volframa, visoko pročišćene inertne plinove i posebnu pozornost na varijacije materijala.- visoka temperatura.
Zahtjevi pripreme za zavarivanje krajeva cijevi kritičniji su za orbitalno zavarivanje nego za ručno zavarivanje. Zavareni spojevi za orbitalno zavarivanje cijevi obično su kvadratni sučeoni spojevi. Da bi se postigla ponovljivost željena u orbitalnom zavarivanju, potrebna je precizna, dosljedna, strojno obrađena priprema krajeva. Budući da struja zavarivanja ovisi o debljini stijenke, krajevi moraju biti kvadratni bez rubova ili kosina na OD ili ID (OD ili ID), što bi rezultiralo različitim debljinama stjenke. es.
Krajevi cijevi moraju pristajati zajedno u glavi za zavarivanje tako da nema primjetnog razmaka između krajeva četvrtastog sučeonog spoja. Iako se mogu postići zavareni spojevi s malim razmacima, to može negativno utjecati na kvalitetu zavara. Što je razmak veći, to je vjerojatnije da postoji problem. Loša montaža može rezultirati potpunim neuspjehom lemljenja. Pile za cijevi koje je izradio George Fischer i drugi koji režu cijev i suočavaju se s krajevima cijevi u istoj operaciji. , ili prijenosne tokarilice za pripremu krajeva poput onih koje proizvode Protem, Wachs i drugi, koji se često koriste za pravljenje orbitalnih zavara glatkih krajeva pogodnih za strojnu obradu. Pile za rezanje, pile za metal, tračne pile i rezači cijevi nisu prikladni za ovu svrhu.
Osim parametara zavarivanja koji unose snagu za zavarivanje, postoje i druge varijable koje mogu imati dubok učinak na zavarivanje, ali nisu dio stvarnog postupka zavarivanja. To uključuje vrstu i veličinu volframa, vrstu i čistoću plina koji se koristi za zaštitu luka i pročišćavanje unutrašnjosti zavarenog spoja, brzinu protoka plina koji se koristi za pročišćavanje, vrstu glave i izvora napajanja, konfiguraciju spoja i sve druge relevantne informacije. ove "neprogramabilne" varijable i zabilježite ih u rasporedu zavarivanja. Na primjer, vrsta plina smatra se bitnom varijablom u Specifikaciji postupka zavarivanja (WPS) za postupke zavarivanja u skladu s Kodeksom kotlova i posuda pod tlakom Odjeljka IX ASME. Promjene u vrsti plina ili postotcima mješavine plina ili eliminacija ID pročišćavanja zahtijevaju ponovnu provjeru valjanosti postupka zavarivanja.
plin za zavarivanje. Nehrđajući čelik otporan je na oksidaciju atmosferskim kisikom na sobnoj temperaturi. Kada se zagrije do točke tališta (1530°C ili 2800°F za čisto željezo) lako se oksidira. Inertni argon se najčešće koristi kao zaštitni plin i za pročišćavanje unutarnjih zavarenih spojeva kroz orbitalni GTAW proces. Čistoća plina u odnosu na kisik i vlagu određuje količinu promjene boje izazvane oksidacijom koja se javlja na ili u blizini zavara nakon zavarivanja. Ako plin za pročišćavanje nije najviše kvalitete ili ako sustav za pročišćavanje nije u potpunosti nepropusn, tako da mala količina zraka propušta u sustav za pročišćavanje, oksidacija može biti svijetloplava ili plavkasta. Naravno, nikakvo čišćenje neće rezultirati hrskavom crnom površinom koja se obično naziva "zaslađena". Argon za zavarivanje isporučen u cilindru s je 99,996-99,997% čistoće, ovisno o dobavljaču, i sadrži 5-7 ppm kisika i drugih nečistoća, uključujući H2O, O2, CO2, ugljikovodike, itd., za ukupno 40 ppm najviše. Argon visoke čistoće u cilindru ili tekući argon u Dewaru može biti 99,999% čist ili 10 ppm ukupnih nečistoća, s maksimalno 2 ppm kisika. NAPOMENA: Pročistači plina kao što su Nanochem ili Gatekeeper mogu se koristiti tijekom pročišćavanja kako bi se razine kontaminacije smanjile na raspon dijelova na milijardu (ppb).
mješoviti sastav. Smjese plinova kao što su 75% helija/25% argona i 95% argona/5% vodika mogu se koristiti kao zaštitni plinovi za posebne primjene. Dvije mješavine dale su toplije varove od onih napravljenih pod istim programskim postavkama kao i argon. Smjese helija posebno su prikladne za maksimalno prodiranje zavarivanjem taljenjem na ugljični čelik. Konzultant industrije poluvodiča zagovara upotrebu mješavina argon/vodik kao zaštite plinovi za UHP primjene. Smjese vodika imaju nekoliko prednosti, ali i neke ozbiljne nedostatke. Prednost je u tome što stvara vlažniju lokvicu i glađu površinu zavara, što je idealno za implementaciju sustava za isporuku plina ultra visokog tlaka sa što je moguće glatkijom unutarnjom površinom. Prisutnost vodika osigurava reducirnu atmosferu, pa ako su tragovi kisika prisutni u plinskoj smjesi, rezultirajući zavar izgledat će čišći s manje diskoloracije od slične koncentracije kisika u čistom argon. Ovaj učinak je optimalan pri oko 5% udjela vodika. Neki koriste 95/5% mješavinu argona/vodika kao ID pročišćavanje za poboljšanje izgleda unutarnjeg zavara.
Zrno zavara koje koristi smjesu vodika kao zaštitni plin je uže, osim što nehrđajući čelik ima vrlo nizak sadržaj sumpora i stvara više topline u zavaru nego ista postavka struje s nepomiješanim argonom. Značajan nedostatak mješavina argona/vodika je da je luk daleko manje stabilan od čistog argona i postoji tendencija pomicanja luka, dovoljno ozbiljna da uzrokuje pogrešno spajanje. Pomak luka može nestati kada koristi se drugačiji izvor miješanog plina, što sugerira da bi to moglo biti uzrokovano kontaminacijom ili lošim miješanjem. Budući da toplina koju stvara luk varira s koncentracijom vodika, stalna koncentracija je neophodna za postizanje ponovljivih zavara, a postoje i razlike u prethodno miješanom plinu u bocama. Još jedan nedostatak je da se životni vijek volframa znatno skraćuje kada se koristi mješavina vodika. Dok je razlog za pogoršanje volframa iz miješanog plina nije utvrđeno, objavljeno je da je luk teži i volfram će možda trebati zamijeniti nakon jednog ili dva zavarivanja. Mješavine argona i vodika ne mogu se koristiti za zavarivanje ugljičnog čelika ili titana.
Posebna značajka TIG postupka je da ne troši elektrode. Volfram ima najvišu točku taljenja od svih metala (6098°F; 3370°C) i dobar je emiter elektrona, što ga čini posebno prikladnim za upotrebu kao nepotrošne elektrode. Njegova svojstva se poboljšavaju dodavanjem 2% određenih oksida rijetkih zemalja kao što su cerijev, lantanov oksid ili torijev oksid za poboljšanje pokretanja i zaustavljanja luka Čisti volfram se rijetko koristi u GTAW zbog superiornih svojstava cerijevog volframa, posebno za orbitalne GTAW primjene. Torijev volfram se koristi manje nego u prošlosti jer je donekle radioaktivan.
Elektrode s uglačanom završnom obradom ujednačenije su veličine. Glatka površina je uvijek poželjnija od hrapave ili nedosljedne površine, budući da je dosljednost u geometriji elektrode ključna za dosljedne, ujednačene rezultate zavarivanja. Elektroni emitirani iz vrha (DCEN) prenose toplinu s volframovog vrha na zavar. Finiji vrh omogućuje da gustoća struje bude vrlo visoka, ali može rezultirati kraćim životnim vijekom volframa. Za mehaničko zavarivanje važno je lagano brusite vrh elektrode kako biste osigurali ponovljivost geometrije volframa i ponovljivost zavara. Tupi vrh tjera luk od zavara do iste točke na volframu. Promjer vrha kontrolira oblik luka i količinu prodiranja pri određenoj struji. Kut suženja utječe na karakteristike struje/napona luka i mora se specificirati i kontrolirati. Duljina volframa je važna jer se poznata duljina volframa može koristiti za postavljanje luka ga str.Razmak luka za određenu vrijednost struje određuje napon, a time i snagu primijenjenu na zavar.
Veličina elektrode i njezin promjer vrha odabiru se prema intenzitetu struje zavarivanja. Ako je struja previsoka za elektrodu ili njen vrh, može izgubiti metal s vrha, a uporaba elektroda s promjerom vrha koji je prevelik za struju može uzrokovati pomicanje luka. Promjere elektrode i vrha određujemo prema debljini stijenke zavarenog spoja i koristimo promjer 0,0625 za gotovo sve do 0,093″ debljine stijenke, osim ako je uporaba predviđena za koristi se s elektrodama promjera 0,040" za zavarivanje malih preciznih komponenti. Za ponovljivost procesa zavarivanja, vrsta i završna obrada volframa, duljina, kut suženja, promjer, promjer vrha i lukni razmak moraju biti specificirani i kontrolirani. Za aplikacije za zavarivanje cijevi, cerij-volfram se uvijek preporučuje jer ovaj tip ima mnogo dulji radni vijek od drugih tipova i ima izvrsne karakteristike paljenja luka. Cerij-volfram je neradioaktivan.
Za više informacija obratite se Barbari Henon, voditeljici tehničkih publikacija, Arc Machines, Inc., 10280 Glenoaks Blvd., Pacoima, CA 91331. Telefon: 818-896-9556. Faks: 818-890-3724.